O2-H2O條件下合成氣同軸射流擴散火焰穩(wěn)定性研究.pdf

1、隨著環(huán)境問題和全球變暖的加劇，各國將關注的焦點放在發(fā)展先進發(fā)電技術和CO2捕捉與封存技術（CCS）。本課題組基于CES零排放發(fā)電技術，提出煤基-氧-水蒸氣燃燒的近零排放發(fā)電系統(tǒng)（Oxy-Coal Combustion Steam System of Near-Zero Emissions，OCCSS），具有高發(fā)電效率的同時實現(xiàn)CO2捕捉封存，驅油回收。OCCSS系統(tǒng)采用甲烷或者合成氣作為燃料，以氧氣和水蒸氣混氣作為氧化劑，系統(tǒng)中燃燒環(huán)境

2、具有高溫、高壓、高氧、高水蒸氣濃度的特點，基于OCCSS系統(tǒng)的極端燃燒條件，本文實驗研究了合成氣同軸射流擴散火焰在O2/H2O氣氛下燃燒的穩(wěn)定特性。
　　已有的同軸射流擴散火焰穩(wěn)定性研究都采用空氣作為氧化劑，而本文研究中將水蒸氣和氧氣混合作為氧化劑氣氛。設計了同軸射流火焰燃燒器，同時驗證了試驗臺的可靠性與準確性。該燃燒器能夠為合成氣火焰的穩(wěn)定性研究提供充足均勻的O2/H2O氧化劑氣氛。在此基礎上，研究了合成氣成分、水蒸氣濃度、預熱

3、溫度以及稀釋劑對于火焰穩(wěn)定性的影響規(guī)律。
　　實驗結果表明，純CO火焰在空氣中燃燒時，火焰根部存在淬熄距離，并且無法成為穩(wěn)定的懸空火焰，而是直接從噴嘴處吹熄。在實驗研究的所有工況下，CO/H2火焰在O2/H2O氣氛中均無法實現(xiàn)穩(wěn)定抬升。氫氣濃度越大，合成氣火焰的吹熄速度增長越迅速，火焰長度減小，燃燒速率加快，這是由于H2良好的反應性、快的火焰?zhèn)鞑ニ俣?、高的擴散系數(shù)共同決定的?；鹧娲迪O限隨水蒸氣濃度（50％-90%）的增大而減小，

4、并且在水蒸氣濃度大于70%之后，火焰吹熄極限的下降極為迅速。高濃度水蒸氣吸收了反應區(qū)大量的熱量、改變了物質(zhì)的輸運特性、參與到化學反應中，同時具有較高的輻射特性，這是由于水蒸氣的化學效應和熱力學效應共同作用的結果。預熱溫度的升高改變了燃氣的反應性和熱物性參數(shù)，為燃燒創(chuàng)造了有利的環(huán)境，極大的促進了火焰穩(wěn)定。
　　分別用CO2和N2稀釋燃料，與N2相比，CO2作為稀釋劑使得火焰吹熄極限下降更為明顯。這是由于CO2和N2熱力學參數(shù)、輸運特

5、性不同，同時CO2參加反應，抑制了正向反應CO+OH→CO2+H的進行。實驗中對比分析了CO/H2混氣在O2/H2O、O2/N2、O2/CO2條件下的穩(wěn)定特性，研究表明在不同CO/H2比例下，火焰穩(wěn)定特性具有較大差異。在高CO濃度（大于90%）時，CO/H2混氣在O2/H2O條件下吹熄極限最高；當CO濃度低于85%時，合成氣在O2/N2氣氛下的穩(wěn)定性最好，O2/CO2氣氛下次之，O2/H2O氣氛下最差，這可以歸結于H2O對于高濃度CO燃